(57)【要約】【課題】簡便に低コスト、かつ迅速に演算結果を得られる防水機能シミュレーション方法等を提供すること。【解決手段】少なくともシール部材１１２とレンズ枠１１３とを備える防水製品であるカメラ１００のための防水機能シミュレーション方法であって、シール部材１１２とレンズ枠１１３との解析モデルデータを作成する解析モデルデータ作成ステップＳ２０１〜Ｓ２０４と、解析モデルデータに基づいて複数の水滴Ｗ１がシール部材１１２に当たったときに発生する力を、シール部材１１２の所定の領域において少なくとも一つの力へ変換する変換ステップＳ２０７と、変換された力によるシール部材１１２の変形量を算出する変形量算出ステップＳ２０８、Ｓ２０９とを有することを特徴とする。【選択図】        図４
2006146773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１の部材と第２の部材とを備える防水製品のための防水機能シミュレーション方法であって、
前記第１の部材と前記第２の部材との解析モデルデータを作成する解析モデルデータ作成ステップと、
前記解析モデルデータに基づいて複数の水滴が前記第１の部材に当たったときに発生する力を、前記第１の部材の所定の領域において少なくとも一つの力へ変換する変換ステップと、
変換された力による前記第１の部材の変形量を算出する変形量算出ステップとを有することを特徴とする防水機能シミュレーション方法。
【請求項２】
前記変換された力は前記第１の部材に作用する圧力であることを特徴とする請求項１に記載の防水機能シミュレーション方法。
【請求項３】
前記変換された力は前記第１の部材に対して一定方向に作用する力であることを特徴とする請求項１に記載の防水機能シミュレーション方法。
【請求項４】
前記変形量算出ステップにおいて、前記第２の部材の変形量をさらに算出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の防水機能シミュレーション方法。
【請求項５】
前記変形量の算出は、前記第１の部材と前記第２の部材との接触圧に基づいて前記第１の部材と前記第２の部材との隙間の有無を算出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の防水機能シミュレーション方法。
【請求項６】
前記変形量の算出は、前記第１の部材の形状を表す座標データと前記第２の部材の形状を表す座標データとに基づいて前記第１の部材と前記第２の部材との隙間の有無を算出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の防水機能シミュレーション方法。
【請求項７】
前記解析モデルデータは、材料物性データと形状データと配置データと動作データとの少なくとも一つであり、
前記材料物性データは、前記第１の部材を構成する材料の物性データであり、
前記形状データは、少なくとも前記第１の部材の形状に関するデータであり、
前記配置データは、前記第１の部材と前記第２の部材との相対的な位置関係に関するデータであり、
前記動作データは、前記第１の部材と前記第２の部材との相対的な移動に関するデータであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の防水機能シミュレーション方法。
【請求項８】
前記防水製品は光学機器であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の防水機能シミュレーション方法。
【請求項９】
前記防水製品はカメラであり、前記第１の部材は弾性部材であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の防水機能シミュレーション方法。
【請求項１０】
少なくとも第１の部材と第２の部材とを備える防水製品のための防水機能シミュレーションシステムであって、
前記第１の部材と前記第２の部材との解析モデルデータを作成する解析モデルデータ作成部と、
前記解析モデルデータに基づいて複数の水滴が前記第１の部材に当たったときに発生する力を、前記第１の部材の所定の領域において少なくとも一つの力へ変換する変換部と、
変換された力による前記第１の部材の変形量を算出する変形量算出部とを有することを特徴とする防水機能シミュレーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、防水機能シミュレーション方法及び防水機能シミュレーションシステム、特に防水機能を有する防水製品に関する防水機能シミュレーション関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、カメラのような光学機器は、降雨中でも使用できることが望ましい。このため、防水滴レンズ鏡筒の構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。そして、防水機能を備える工業製品（以下、「防水製品」という。）の防水性を調べるために、実際に防水テストを行っている。防水テストは、例えば、日本工業規格（ＪＩＳ）の保護等級に応じて、防水製品に対して、水滴を落下させること、散水ノズルで散水すること、または注水すること等を行っている。このように防水製品を製造した後に、実際の防水テストを行うことは、コストがかかり、また時間もかかってしまう。このため、シミュレーションにより、防水製品の防水機能を評価することが考えられる。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−４７０８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、防水機能に関する厳密なシミュレーションを行うためには、複数の水滴の一つ一つに関してモデルリングすることが必要である。そして、水滴が防水製品に当たったときの衝撃による防水製品の変形量を計算する。この結果、長大な計算時間を要し、コストも高くなってしまうので問題である。また、さらに正確にシミュレーションを行なうときは、上述の防水製品の変形に加えて、水滴の流れを考慮した流体力学的なシミュレーションも必要となる。このとき、上述の多大な計算時間と高コストの問題は、さらに顕著となる。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡便に低コスト、かつ迅速に演算結果を得られる防水機能シミュレーション方法及び防水機能シミュレーションシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、第１の本発明によれば、少なくとも第１の部材と第２の部材とを備える防水製品のための防水機能シミュレーション方法であって、第１の部材と第２の部材との解析モデルデータを作成する解析モデルデータ作成ステップと、解析モデルデータに基づいて複数の水滴が第１の部材に当たったときに発生する力を、第１の部材の所定の領域において少なくとも一つの力へ変換する変換ステップと、変換された力による第１の部材の変形量を算出する変形量算出ステップとを有することを特徴とする防水機能シミュレーション方法を提供できる。
【０００７】
また、本発明の好ましい態様によれば、変換された力は第１の部材に作用する圧力であることが望ましい。
【０００８】
また、本発明の好ましい態様によれば、変換された力は第１の部材に対して一定方向に作用する力であることが望ましい。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様によれば、変形量算出ステップにおいて、第２の部材の変形量をさらに算出することが望ましい。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様によれば、変形量の算出は、第１の部材と第２の部材との接触圧に基づいて前記第１の部材と前記第２の部材との隙間の有無を算出することが望ましい。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様によれば、変形量の算出は、第１の部材の形状を表す座標データと第２の部材の形状を表す座標データとに基づいて前記第１の部材と前記第２の部材との隙間の有無を算出することが望ましい。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様によれば、解析モデルデータは、材料物性データと形状データと配置データと動作データとの少なくとも一つであり、材料物性データは、第１の部材を構成する材料の物性データであり、形状データは、少なくとも第１の部材の形状に関するデータであり、配置データは、第１の部材と第２の部材との相対的な位置関係に関するデータであり、動作データは、第１の部材と第２の部材との相対的な移動に関するデータであることが望ましい。
【００１３】
また、本発明の好ましい態様によれば、防水製品は光学機器であることが望ましい。  また、本発明の好ましい態様によれば、防水製品はカメラであり、第１の部材は弾性部材であることが望ましい。
【００１４】
また、第２の本発明によれば、少なくとも第１の部材と第２の部材とを備える防水製品のための防水機能シミュレーションシステムであって、第１の部材と第２の部材との解析モデルデータを作成する解析モデルデータ作成部と、解析モデルデータに基づいて複数の水滴が第１の部材に当たったときに発生する力を、第１の部材の所定の領域において少なくとも一つの力へ変換する変換部と、変換された力による第１の部材の変形量を算出する変形量算出部とを有することを特徴とする防水機能シミュレーションシステムを提供できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、まず、解析モデルデータ作成ステップにおいて、防水製品のうちのシミュレーション対象となる第１の部材と第２の部材とに関する解析モデルデータを作成する。変換ステップにおいて、解析モデルデータに基づいて複数の水滴が第１の部材に当たったときに発生する力を、第１の部材の所定の領域において少なくとも一つの力へ変換する。変換ステップでは、水滴が第１の部材に当たったときの衝撃力を、例えば、所定領域における一定の大きさの圧力へ変換する。そして、変形量算出ステップにおいて、変換された力による第１の部材の変形量を算出する。第１の部材と第２の部材との間に隙間が生じているときは、隙間から水滴が防水製品内へ進入してしまうことがわかる。このように、本発明では、変換ステップにより、複数の水滴の一つ一つについてモデリングする必要がなくなる。このため、計算量を大幅に低減できる。これにより、シミュレーションに要する時間を短縮でき、コストも低減できる。この結果、簡便に低コスト、かつ迅速に演算結果を得られる防水機能シミュレーション方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明の防水機能シミュレーション方法及び防水機能シミュレーションシステムの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により、この発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本発明の実施例１に係る防水機能シミュレーション方法を適用するカメラ１００の平面構成を示す。カメラ１００は、防水製品に対応する。カメラ１００は、大きく鏡筒１１０と本体部１２０とから構成されている。鏡筒１１０は、円筒形状のカム筒１１１とレンズ枠１１３とを備えている。レンズ枠１１３は、カム筒１１１内に収納されている。そして、ズーミング動作（変倍動作）に応じて、カム筒１１１とレンズ枠１１３とは、摺動可能に構成されている。レンズ枠１１３は、第２の部材に対応する。
【００１８】
図３−１、３−２は、それぞれ広角端状態、望遠端状態における、カム筒１１１とレンズ枠１１３の近傍の断面構成を示す。カム筒１１１の先端部の内側には、レンズ枠１１３の周面に圧接するシール部材１１２が設けられている。シール部材１１２は、第１の部材に対応する弾性部材である。例えば、シール部材１１２は、ゴム部材で構成されている。
【００１９】
シール部材１１２は、レンズ枠１１３に対して所定の押圧量で押圧されている。これにより、シール部材１１２とレンズ枠１１３との間に隙間が生じない。本防水機能シミュレーション方法は、カム筒１１１とレンズ枠１１３との間の防水機能をシミュレーションする。そして、後述するシミュレーション手順により、適切な防水機能を実現するための、シール部材１１２やレンズ枠１１３の材料、形状、配置、押圧力等を判断することができる。
【００２０】
図２は、カメラ１００の背面構成を示す。カメラ１００の背面には、裏蓋１０１が形成されている。裏蓋１０１は、本体部１２０に対して開閉自在に構成されている。
【００２１】
次に、防水機能シミュレーション方法の手順を説明する。図４は、防水機能シミュレーション方法の手順を説明するフローチャートである。ステップＳ２０１において、シール部材１１２の材料物性データを読込む。材料物性データは、シール部材１１２を構成する材料の物性値、例えば、ポアソン比、ヤング率等である。
【００２２】
ステップＳ２０２において、シール部材１１２の形状データと、レンズ枠１１３の形状データとを読込む。形状データは、シミュレーション対象となる形状の設計データである。例えば、形状データとして、ＣＡＤによる３次元形状データを用いることができる。具体的には、形状データは、輪帯状のシール部材１１２の、内径値、外径値、肉厚等である。
【００２３】
ステップＳ２０３において、配置データと動作データとを読込む。配置データは、シール部材１１２とレンズ枠１１３との相対的な位置関係に関するデータである。相対的な位置関係を図５の（ａ）に示す。図５の（ａ）は、各部材を組み付ける前の、変形前の状態である。また、動作データは、シール部材１１２とレンズ枠１１３との相対的な移動関係に関するデータである。移動データは、例えば、シール部材１１２の移動方向、移動速度、移動量等である。
【００２４】
図４に戻って、ステップＳ２０４において、上述の材料物性データと、形状データと、配置データと、動作データとを含む解析モデルデータが作成される。ステップＳ２０１〜Ｓ２０４は、解析モデルデータ作成ステップに対応する。
【００２５】
ステップＳ２０５において、シール部材１１２を移動データに基づいて移動させて、シール部材１１２とレンズ枠１１３との接触時におけるシール部材１１２の変形解析を行なう。変形解析は、例えば公知の有限要素法による構造解析ソフトウエアを用いることができる。図５の（ｂ）は、各部材を組み付けた後の状態を示す。この状態で、ステップＳ２０６において、シール部材１１２とレンズ枠１１３との間に隙間が存在するか、否かの判断を行なう。図１２は、間隔Ｓである隙間が存在するときの状態を示す。
【００２６】
隙間の存在の有無は、シール部材１１２の接触圧に基づいて判断できる。シール部材１１２とレンズ枠１１３とが接触しているとき、隙間は存在しない。このとき、図１３に示すような接触圧Ｆ３が発生している。従って、接触圧Ｆ３が発生しているときは、隙間は存在しない、と判断できる。これに対して、接触圧Ｆ３が発生していないときは、隙間は存在する、と判断できる。
【００２７】
また、隙間の存在の有無は、接触圧の代わりに、シール部材１１２の変形量に基づいても判断できる。変形後のシール部材１１２の先端の形状を示す座標データを算出する。この位置座標と、レンズ枠１１３の形状を示す座標データとを比較する。２つの座標データの相対的な関係から、シール部材１１２がレンズ枠１１３に接触しているか、否かの判断ができる。即ち、接触しているときは、隙間は存在しないと判断される。これに対して、接触していないときは、隙間は存在すると判断される。
【００２８】
また、隙間の存在の有無に関して、上述の接触圧による判断と位置座標による判断との両方を用いても良い。
【００２９】
図４に戻って、ステップＳ２０６の判断結果が真（ＹＥＳ）のとき、即ち隙間が存在すると判断されたとき、ステップＳ２０１へ戻る。そして、材料物性データの変更、形状データの変更、動作データの変更、配置データの変更等のうちの少なくとも一つの変更を行い、上述のステップＳ２０１〜ＳＳ２０５を行なう。
【００３０】
ステップＳ２０６の判断結果が偽（ＮＯ）のとき、即ち隙間が存在しないと判断されたとき、ステップＳ２０７へ進む。ステップＳ２０７において、水力を模擬した力に関するデータを読込む。ステップＳ２０７は、変換ステップに対応する。ここで、「水力」とは、解析モデルデータに基づいて複数の水滴がシール部材１１２に当たったときに発生する力、例えば衝撃力をいう。図６は、１個の水滴Ｗ１がシール部材１１２に衝突する状態を示す。一つ一つの水滴Ｗ１の衝突によりシール部材１１２には様々な衝撃力が作用する。ステップＳ２０７では、この衝撃力をシール部材１１２の所定の領域において少なくとも一つの力へ変換した力を読込む。このように、「水力を模擬した力」とは、複数の水滴Ｗ１による衝撃力を、シール部材１１２の所定の領域において少なくとも一つの力へ変換した力をいう。
【００３１】
「水力を模擬した力」の求め方を説明する。例えば、上述したようなＪＩＳの防水に関する規格の、いずれの保護等級を満足するための防水機能であるかを選択する。次に、選択された保護等級に要求される防水テスト環境を実現する。例えば、実際に散水ノズルから水を散水させる。そして、所定位置に圧力計を設置する。このとき、散水による圧力を測定する。なお、圧力計に代えて、所定位置に衝撃試験機を設置し、散水による衝撃力から圧力を算出しても良い。圧力の単位は、例えばＰａ（パスカル）である。測定された圧力データを、メモリ（不図示）に格納しておく。ステップＳ２０７では、メモリ内から要求される保護等級における圧力データを取得する。
【００３２】
変換された力の例を示す。図７−１は、変換された後の力が、シール部材１１２に作用する圧力Ｆ１であるときを示す。圧力Ｆ１は、シール部材１１２の所定領域において面に垂直な力として作用する。
【００３３】
図７−２は、変換された後の力が、シール部材１１２に作用する力Ｆ２であるときを示す。力Ｆ２は、シール部材１１２の所定の領域において一定方向に作用する力である。圧力Ｆ１及び力Ｆ２は、一つの大きさの力に限られず、複数の異なる大きさの力でも良い。
【００３４】
図４に戻って、ステップＳ２０８において、ステップＳ２０５と同様に、水力を模擬した力によるシール部材１１２の変形解析を行なう。ステップＳ２０９において、ステップＳ２０６で説明した判断手法を用いて、隙間の有無を判断する。判断結果が真のとき、即ち隙間が存在するとき、ステップＳ２０１へ戻る。そして、材料物性データの変更、形状データの変更、配置データの変更、動作データの変更等のうちの少なくとも一つの変更を行い、上述のステップＳ２０１〜ＳＳ２０８を行なう。判断結果が偽のとき、即ち隙間が存在しないとき、ステップＳ２１０へ進む。ステップＳ２０８、Ｓ２０９は、変形量算出ステップに対応する。
【００３５】
ステップＳ２１０において、隙間が存在しないときの接触圧が規定値であるか、否かが判断される。シール部材１１２とレンズ枠１１３とは、上述したように相対的に摺動する。このため、隙間が存在しないときでも、接触圧が規定値よりも大きいと、摺動させるためのモータトルクが大きくなってしまうので好ましくない。これとは反対に、接触圧が規定値よりも小さいと、摺動時に隙間が形成されてしまうおそれがあり、好ましくない。ステップＳ２１０では、接触圧が適切であるか、否かを判断する。判断結果が偽のとき、ステップＳ２０１へ戻る。そして、材料物性データの変更、形状データの変更、配置データの変更、動作データの変更等のうちの少なくとも一つの変更を行い、上述のステップＳ２０１〜ＳＳ２０９を行なう。判断結果が真のときは、フローを終了する。
【００３６】
このように、本実施例では複数の水滴Ｗ１の一つ一つについてモデリングする必要がなくなる。また、水滴Ｗ１をシール部材１１２へ衝突させるステップを省略できる。このため、計算量を大幅に低減できる。これにより、シミュレーションに要する時間を短縮でき、コストも低減できる。この結果、簡便に低コスト、かつ迅速に演算結果を得られる防水機能シミュレーション方法を提供できる。
【００３７】
次に、材料物性データの変更、形状データの変更、配置データの変更、動作データの変更について説明する。上述のステップＳ２０６、Ｓ２０９、Ｓ２１０の判断結果によっては、材料物性データの変更、形状データの変更、配置データの変更、動作データの変更等のうちの少なくとも一つの変更を行なって、ステップＳ２０１へ戻る。このとき、例えば、カメラ１００では、予め製品仕様（スペック）が定まっている。このため、製品仕様への影響が少ないパラメータ、例えば、材料物性データや形状データを変更することが望ましい。もちろん、さらに配置データ、動作データを変更して、防水機能を高めても良いことは言うまでもない。
【実施例２】
【００３８】
図８は、本発明の実施例２に係る防水機能シミュレーション方法を説明する図である。上記実施例１では、シール部材１１２とレンズ枠１１３とが静止した状態における防水機能シミュレーションである。これに対して、本実施例は、図８に示すように、レンズ枠１１３が矢印ｄ１の方向へ移動している状態、即ちズーミング中の状態において、防水機能シミュレーションを行なう。レンズ枠１１３が移動すると、シール部材１１２とレンズ枠１１３との間に摩擦力Ｆ４が発生する。本実施例では、摩擦力Ｆ４をも考慮した、さらに正確な防水機能シミュレーションを行なうことができる。
【実施例３】
【００３９】
図９は、本発明の実施例３に係る防水機能シミュレーション方法を説明する図である。実際の散水テスト等では、レンズ枠１１３の表面に水分Ｗ２が存在している。そして、この状態で、レンズ枠１１３を矢印ｄ２の方向へ移動させる。これにより、水分Ｗ２を押し出す力、または水分Ｗ２を引っ張る力を、上述の摩擦力Ｆ４に加味した力Ｆ５が発生する。本実施例では、図９に示すように、力Ｆ５をも考慮した、さらに正確な防水機能シミュレーションを行なうことができる。
【実施例４】
【００４０】
上記実施例１〜３では、シール部材１１２とレンズ枠１１３とを対象にして防水機能シミュレーションを行なっている。これに対して、本実施例は、図１０に示すように、カメラ１００の裏蓋１０１の部分を対象とする防水機能シミュレーションである。図１０は、本体部１２０に対して裏蓋１０１を開いた状態を示す。本体部１２０の開口部分周辺には、シール部材１２１が形成されている。シール部材１２１は、第１の部材に対応する。裏蓋１０１は、第２の部材に対応する。
【００４１】
図１１は、裏蓋１０１を閉めた状態の断面構成を示す。裏蓋１０１は、薄い肉厚で構成されている。また、シール部材１２１は、弾性部材である。このため、裏蓋１０１を閉めた状態では、裏蓋１０１は、シール部材１２１側から作用する力Ｆ６で変形（撓む）することがある。本実施例では、シール部材１２１の変形に加えて、さらに、第２の部材である裏蓋１０１の変形量を考慮して変形量を算出する。これにより、さらに正確な防水機能シミュレーションを行なうことができる。
【００４２】
なお、図５等において、シール部材１１２を矩形の集合体で図示しているが、シール部材１１２は、一体的に成形された部材である。また、防水製品は、カメラに限られず、光学機器、その他の工業製品でも良い。また、上記実施例１〜３では、シール部材１１２がレンズ枠１１３の外周面を押圧するようにしている。しかしながら、これに限られるものではなく、シール部材１１２がレンズ枠１１３に固定され、カム筒１１１の内周面に押圧されるように構成しても良いことは勿論である。
【００４３】
また、上述した防水機能シミュレーション方法は、コンピュータで実現できる。コンピュータのＣＰＵは、上述した解析を実行する変形量算出部の機能を有する。解析モデルデータ作成部、水力を模擬した力に関するデータの変換部は、コンピュータ内のメモリ、ＲＯＭに格納すること、コンピュータと異なるデータベース内に格納することのいずれでも良い。
【００４４】
このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形例をとることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上のように、本発明に係る防水機能シミュレーション方法及び防水機能シミュレーションシステムは、防水製品の第１の部材と第２の部材との間の防水機能のシミュレーションに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】防水製品の平面構成を示す図である。
【図２】防水製品の裏面構成を示す図である。
【図３−１】シール部材近傍の概略構成を示す図である。
【図３−２】シール部材近傍の概略構成を示す他の図である。
【図４】実施例１の防水機能シミュレーション方法の手順を示すフローチャートである。
【図５】変形前と接触時とのシール部材近傍の概略構成を示す図である。
【図６】水滴が当たる様子を示す図である。
【図７−１】変換された力の作用を示す図である。
【図７−２】変換された力の作用を示す他の図である。
【図８】実施例２のシール部材近傍の概略構成を示す図である。
【図９】実施例３のシール部材近傍の概略構成を示す図である。
【図１０】実施例４の裏蓋近傍の概略構成を示す図である。
【図１１】実施例４の裏蓋近傍の断面構成を示す図である。
【図１２】シール部材近傍の隙間の概略構成を示す図である。
【図１３】シール部材近傍の概略構成を示すさらに他の図である。
【符号の説明】
【００４７】
１００  カメラ
１０１  裏蓋
１１０  鏡筒
１１１  カム筒
１１２  シール部材
１１３  レンズ枠
１２０  本体部
１２１  シール部材
Ｓ  間隔
Ｗ１  水滴
Ｗ２  水分
Ｆ１〜Ｆ５  力
ｄ１、ｄ２  向き
【図１】
2006146773.tif 000003
【図２】
2006146773.tif 000004
【図３−１】
2006146773.tif 000005
【図３−２】
2006146773.tif 000006
【図４】
2006146773.tif 000007
【図５】
2006146773.tif 000008
【図６】
2006146773.tif 000009
【図７−１】
2006146773.tif 000010
【図７−２】
2006146773.tif 000011
【図８】
2006146773.tif 000012
【図９】
2006146773.tif 000013
【図１０】
2006146773.tif 000014
【図１１】
2006146773.tif 000015
【図１２】
2006146773.tif 000016
【図１３】
2006146773.tif 000017